赵 渺

(辽宁省林业调查规划监测院，辽宁 沈阳 110122)

1 引言

当今中国发展速度日新月异，人们在物质水平不断提高的前提下，对生态环境以及健康生活的要求也越来越高。空气负离子作为一个空气质量和生态养生的重要指标，就有了极高的研究价值。木兰围场现在主要由塞罕坝国家森林公园、御道口草原森林风景区和红松洼自然保护区等三大景区组成，有着良好的生态环境，负氧离子的研究对其森林生态旅游有着重要的指导意义。

木兰围场地处内蒙古高原和华北平原的中间地带，气候上属于中温带，故此研究对于其他中温带地区也有着借鉴意义。

2 研究区域概况

2.1 地理位置

承德市围场是一座县级城镇，位于东经116°32′～118°14′，北纬40°35′～42°40′，内蒙古高原与华北平原的中间地带，海拔1000～1500 m，总面积为9131 km2。

2.2 森林资源概况

围场处于河北特有植物三大集中分布区之一，即以雾灵山为核心的冀东北山地。

木兰围场自然保护区共有种子植物793中，隶属90科371属，分别约占河北植物区系总数的36.9%，70.3%，52.0%。其中，裸子植物3科7属共11种，即松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)和黄麻科(Phedraceae)；被子植物87科364属共782种，双子叶植物76科293属653种，单子叶植物11科71属129种，其中含种较多的科为禾本科(Gramineae)、蔷薇科(Rosaceae)、菊科(Compositae)、豆科(Leguminoceae)等。该区植物大科较多而小科较多，单属科仅有4科。在属的组成上，小型属及区域单种属占核心地位，约占总属数的88．1%，占总种数的66．4%。在生活型方面，草本植物占绝对优势，藤本植物最少。该区种子植物区系成分较为复杂和丰富，体现了典型的温带性质。

2.3 气象条件

围场全年降水量为402.3～515.4 mm，最多885.6 mm，最少249.0 mm。全年降水集中于夏季，6～8月降水占总降水的65%～75%，且多暴雨。冬季降水只占全年降水的2%。春季降水占全年降水的10%，蒸发量大，多风，春旱严重。

1月份气温最低，-13 ℃，7月份气温最高，20.7 ℃。全年平均气温4.8 ℃，较为凉爽。

风向的变化具有明显的季节特征。冬季以偏北风为主，夏季以偏南风为主，春秋两季是这两种气流的转换季节，春季接近夏季情况，秋季接近冬季情况。除静风外，年最多风向为西南和西北。年平均风速1.4～4.3 m/s。全年大风日数较多，最多年份可达63～93 d。

3 观测和评价方法

3.1 观测方法

在木兰围场选择面积较大的落叶阔叶混交林作为样地，在样地内部布设测点。在阴天和晴天分别对空气负离子浓度、气温、相对湿度进行测定。从早上6点到夜间10点，每间隔2 h测定一组数据。

在每个样地内随机选择4个测量点，各个测量点取东南西北4个方向，距离地面1.5m处分别读数，取4个观测值的平均值作为此观测点的负离子浓度值。同时为了对照，在样地附近选择一块空旷地同时测量。

依据数据得出负离子浓度日变化如图1和图2所示。

图1 落叶阔叶混交林负离子浓度日变化趋势

图2 空旷地负离子浓度日变化趋势

3.2 评价方法

目前，我国还没有对负离子浓度制定统一的评价标准，根据国内的研究进展和文献，本文采用了应用最广的是单极系数和安培空气质量评价系数。

(1)单极系数。单极系数q=n+/n-，其中n+为空气正离子浓度，n-为空气负离子浓度。当q≤1时，才能够给人以舒适感[1]。

(2)安培空气质量评价系数CI。CI=n-/1000q，其中q=n+/n-，n+为空气正离子浓度，n-为空气负离子浓度[2](表1)。

表1 安培空气质量评价系数CI(个/cm3)

4 结果与分析

4.1 负离子与气象因子的相关性研究

空气中负离子的浓度既变化不定，又具有一定规律。负离子浓度的变化受很多因素的影响，通过文献查阅发现，负离子浓度的大小受气象因素，尤其是相对湿度和温度影响较大。为了分析负离子浓度与相对湿度和温度的相对关系，在进行负离子测量的同时，测量了林内温度与相对湿度。在Excel中进行方差分析和相关系数的计算，分别分析了晴天、阴雨天不同天气状况下温度与相对湿度与负离子浓度的关系。

4.1.1 相对湿度

通过表2、3的相关系数可以看出，在不同天气状况下(晴天和阴雨天)，负离子的浓度与相对湿度均呈正相关关系，即空气的负离子的浓度随着相对湿度的升高而升高，随着相对湿度的下降而下降。根据负离子的生成与存在大的情况分析，其主要原因在于空气负离子的存在形式主要为O2-(H2O)n、OH-(H2O)n等，可以看出空气负离子的存在必须依赖于水分条件，因此空气相对湿度必然会对负离子的浓度的高低产生影响。当相对湿度降低时，负离子存在依赖的水分条件不足，必然导致部分负离子的消失，因此负离子浓度整体降低。通过F分布检验发现，晴天时，相对湿度和空气负离子浓度的相关性在α=0.1上并不显著，而阴雨天时，空气负离子浓度与空气相对湿度在α=0.05上显著[3]。

表2 方差分析表(晴天)

表3 方差分析表(阴雨天)

4.1.2 温度

通过表4、5可以看出，空气负离子浓度与温度呈负相关关系，即负离子浓度随着空气温度的升高而降低，随着空气温度的降低而升高。通过分析发现，其主要原因在于随着空气温度的升高，空气相对湿度下降，而负离子存在的形式主要为O2-(H2O)n、OH-(H2O)n，使得负离子形成的环境条件变差，因此导致了负离子浓度的下降。通过Excel表进行方差分析看出，晴天时，温度与负离子浓度的相关性在α=0.05上显著，而阴雨天时，空气负离子浓度与温度在α=0.1上不显著[4]。

表4 方差分析表(晴天)

表5 方差分析表(阴雨天)

通过对不同天气状况下负离子浓度与空气相对湿度、温度的相关性的分析发现：空气负离子浓度与空气相对湿度呈正相关关系，与温度呈负相关关系，此规律不受天气状况的影响。另外，在阴雨天的状况下，相对湿度对空气负离子浓度大小产生的影响是显著的，而温度所起的作用很小；而在天气晴朗时所得的数据发现，温度对空气负离子浓度大小产生的影响是显著的，而相对湿度所起的作用很小。通过数据分析，认定天气晴朗时，空气温度偏高且变化显著，而相对湿度偏低，因此温度对空气负离子的浓度产生的影响显著；阴雨天时，空气相对湿度较高，而温度偏低，因此空气相对湿度对空气负离子浓度的影响显著，而温度的影响不显著[5]。

4.2 空气负离子质量评价

根据测量数据，使用本文空气负离子的评价方法，得出表6。

表6 空气负离子质量评价等级

木兰围场空气离子总体状况见空气质量评价等级表。阔叶林的正离子平均浓度为973个/cm3，负离子平均浓度为996个/cm3，单极系数为0.977<1，CI为1.02，可见阔叶林中空气很洁净，并能够给人以舒适的感觉。因此可以评价木兰围场的空气质量优良，洁净，且让人感觉舒畅。

4.3 与空白对照的比对结果分析

为了更加清楚森林植被对空气中负离子浓度的影响，选择了一块空旷地作为对照实验样地，空旷地位于实验基地林场办公室的小院内，周围有些植物，受人为因素影响较大。由图2可以看出，空旷地负离子浓度日变化与林内负离子浓度日变化存在相同与不同处。第一，空旷地的负离子浓度日变化曲线与林内负离子浓度日变化曲线的走势完全相同，这在一定程度上反映了林外负离子与林内负离子的内在联系。空旷地的负离子主要是通过林内与林外空气的交流转移而来，即林内负离子是空旷地的负离子的主要来源，因此林内负离子的浓度升高，转移到空旷地的负离子数量增加，反之减少，因此林内与空旷地的负离子浓度日变化曲线走势一致。第二，空旷地的负离子浓度变化剧烈，幅度远远大于林内。其主要原因在于，林内植被能够保持林内生态环境的稳定，各项环境指标稳定。而空旷地受人为因素干扰严重，而且缺乏植被的维护，受阳光、风、水分的影响剧烈，各项环境指标能够迅速变化，故而负离子浓度不稳定[6]。

5 结论与讨论

5.1 结论

空气负离子浓度变化与气象因子存在着一定规律的相互关系。通过相关系数和回归分析，可以看出空气负离子与气象因子存在的一般规律为空气负离子浓度与空气相对湿度呈正相关关系、与空气温度呈负相关关系，这与学术界目前达成的共识相符[7]。另外，阴雨天时，相对湿度对空气负离子浓度的影响显著，温度的影响不显著；而晴天时的情况恰恰相反。

木兰围场的空气质量比较好。一方面空气中的负离子浓度达到了1000个/cm3左右，能够使人获到心平气和的感觉，满足了人体生物学效能的最低需求；另一方面通过安培质量评价系数的分析可以看出，木兰围场内的空气比较清洁，达到了A、B级的要求[8]。因此，木兰围场很适合人类居住，且有开发旅游资源的潜力。

5.2 讨论

由于负离子的保健作用，以及生态旅游等产业的发展，负离子的监测手段和技术得到了发展和革新。空气负离子浓度的变化与分布，以及其影响因子等方面的研究也越来越受到人们的关注。本论文通过木兰围场的监测分析，其实验结果与其他研究地的结果既有相似之处，也有不同的地方。本文发现，负离子的浓度变化与空气相对湿度呈正相关，与空气温度呈负相关，这一点与目前学术界达成的共识相符，但相关性不显著。在其他的文献中发现，有些研究地区的结果与此不同，甚至截然相反。例如在谭东的《茶山竹海负氧离子浓度分布状况及变化规律初探》中发现，负离子浓度与温度和相对湿度呈正相关，相关性显著[9]。在张翔的《浅析相关因子对空气负离子水平的影响》中，负离子浓度与温度呈负相关，与相对湿度呈正相关，相关性显著[10]。